JP2006011149A - 蛍光顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の蛍光顕微鏡は、対物レンズ、励起光照射部、照明部、制御部、撮像部および焦点制御部を備える。対物レンズは、標本に向け配置される。励起光照射部は、励起光を標本に照射して蛍光を発生させる。照明部は、標本に照明光を照射する。制御部は、励起光照射部および照明部を時分割駆動する。撮像部は、対物レンズの像空間側に撮像面を配置し、撮像面に時分割に形成される蛍光による像(蛍光像)および照明光による像(照明光像)を撮像する。焦点制御部は、撮像部から照明光像の撮像結果を取得して合焦評価し、照明光像の合焦評価に従って対物レンズおよび標本の少なくとも一方を駆動して、蛍光像を撮像面に合焦させる。このような構成では、1系統のみの撮像部を備えるため、蛍光顕微鏡の光路構成や撮像部の信号処理系統を単純化し、小型かつ低コストの蛍光顕微鏡が実現する。
【選択図】 図1
Description
この種の蛍光顕微鏡では、蛍光像の撮像コントラストを最大化するように、標本ステージを上下移動させて、自動的な焦点制御を実現する。
図5は、この特許文献1の蛍光顕微鏡61を示す図である。
この蛍光顕微鏡61は、励起光源62の光を、対物レンズ63を介して標本64に照射する。標本64には、この励起光の照射によって蛍光FLが発生する。この蛍光FLは、対物レンズ63で集光された後、ダイクロイックミラー66で反射され、撮像素子Aの撮像面に蛍光像を形成する。撮像素子Aは、この蛍光像を光電変換して蓄積し、蛍光像の画像データを出力する。この画像データは、画像処理を経た後、モニタ装置に表示されたり、記録装置に記録される。
この方式では、焦点制御の期間中、標本64に照明光を照射するため、短波長の励起光を照射する必要がなくなり、焦点制御中に標本64が傷むといった不具合が改善される。
そこで、本発明では、焦点制御機能を有する蛍光顕微鏡の構造を単純化することを目的とする。
請求項1の蛍光顕微鏡は、対物レンズ、励起光照射部、照明部、制御部、撮像部、および焦点制御部を備える。
対物レンズは、標本に向けて配置される。
励起光照射部は、励起光を標本に照射し、標本から蛍光を発生させる。
照明部は、標本に照明光を照射する。
制御部は、励起光照射部および照明部を時分割に駆動する。
撮像部は、対物レンズの像空間側に撮像面を配置し、撮像面に時分割に形成される蛍光による標本像(蛍光像)および照明光による標本像(照明光像)を撮像する。
焦点制御部は、撮像部から照明光像の撮像結果を取得して合焦評価を行い、照明光像の合焦評価に従って対物レンズおよび標本の少なくとも一方を駆動することにより、蛍光像を撮像面に合焦させる。
請求項2の蛍光顕微鏡は、請求項1に記載の蛍光顕微鏡において、励起光照射部が、励起光を対物レンズを介して標本に落射照明して、標本から対物レンズへ向かう蛍光を発生させる。
照明部は、対物レンズと対向する側から標本に照明光を背面照射し、標本を透過して対物レンズへ向かう透過光を発生させる。
請求項3の蛍光顕微鏡は、請求項1または請求項2に記載の蛍光顕微鏡において、照明光は、励起光よりも生体標本を傷める度合いの少ない安全な波長に設定される。撮像部は、蛍光および照明光の二種類の波長に感度を有することを特徴とする。
請求項4の蛍光顕微鏡は、請求項1ないし請求項3に記載の蛍光顕微鏡において、制御部は、蛍光像の観察期間中に、照明光の一時的な照射を間欠的に繰り返す。焦点制御部は、照明光の照射によって断続的に得られる照明光像の撮像結果を用いて焦点制御を継続することにより、観察期間における蛍光像のピントズレを防止する。
請求項5の蛍光顕微鏡は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡において、画像出力部を備える。
この画像出力部は、制御部から励起光および/または照明光の照射タイミングを取得して、この照射タイミングにより撮像部の出力を蛍光像と照明光像とに区別し、その内、蛍光像の撮像結果を選択出力する。
請求項6の蛍光顕微鏡は、請求項1に記載の蛍光顕微鏡において、焦点制御部は、撮像部のゲインを調整し、励起光照射部による照射時と照明部による照射時とにおいて、それぞれ最適なゲインを初期設定する。
図1は、本実施形態の蛍光顕微鏡11の構成を示す図である。
この蛍光顕微鏡11には、励起光源12が設けられる。この励起光源12は、短波長(例えば400nm)の励起光を出射する。この励起光は、コレクタレンズ13,シャッタ14,および励起フィルタ15を介して、ダイクロイックミラー16に到達する。励起光は、このダイクロイックミラー16に反射された後、対物レンズ17などを介して、ステージ38上の標本18に落射照明される。照明駆動回路46は、励起光源12およびシャッタ14を駆動することにより、標本18に対する励起光の照射制御を行う。
尚、アナライザ23は、後述する合焦評価の為の観察時のみ、不図示の電動装置により光路内に位置させるようにしても良い。すなわち、蛍光観察時には光路外に待避させる。
このように標本18を通過した透過光(ここでは2つの直線偏光)は、対物レンズ17に集められた後、ダイクロイックミラー16に到達する。この波長域の透過光は、ダイクロイックミラー16を透過し、ウォラストンプリズム39とアナライザ23により撮像素子26の撮像面に照明光像(微分干渉の像)を形成する。この透過光を為す2つの直線偏光は、ウォラストンプリズム39とアナライザ23を通過することによって波面が干渉して明暗を生じる。
図2は、上述した3種類の光について波長域の関係を示した図である。
400nmの励起光は、ダイクロイックミラー16などを透過しないために、標本18に照射されるのみで、撮像素子26には到達しない。一方、500nmの蛍光は、ダイクロイックミラー16を透過して、撮像素子26の撮像面に蛍光像を形成する。また、800nmの透過光も、ダイクロイックミラー16を透過して、撮像素子26の撮像面に照明光像を形成する。撮像素子26は、蛍光像および微分干渉の照明光像の両波長域に対して撮像感度を有し、それぞれの画像データを出力する。
また、評価関数演算器43は、画像メモリ42内の照明光像の画像データについてコントラストを検出して、CPU44に伝達する。CPU44は、ステージ駆動機構47を介してステージ38を上下移動させながら、このコントラストの値が極大となる位置を探索する。
その他、蛍光顕微鏡11には、ユーザー操作を入力するためのコントローラ49が設けられる。
以下、発明と本実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載の対物レンズは、対物レンズ17に対応する。
請求項記載の励起光照射部は、励起光源12、コレクタレンズ13、シャッタ14、および励起フィルタ15に対応する。
請求項記載の照明部は、光源30、コレクタレンズ31、シャッタ32、全反射ミラー33、バンドパスフィルタ34、ポラライザ35、およびウォラストンプリズム36に対応する。
請求項記載の制御部は、照明駆動回路46およびCPU44に対応する。
請求項記載の撮像部は、撮像素子26、および信号処理回路41に対応する。
請求項記載の焦点制御部は、評価関数演算器43、CPU44、およびステージ駆動機構47に対応する。
請求項記載の画像出力部は、画像表示回路45、およびCPU44に対応する。
図3は、蛍光顕微鏡11の基本動作を説明する流れ図である。
以下、図3に示すステップ番号に沿って、この基本動作を説明する。
CPU44は、まず透過光に対応すべく、撮像素子26の電荷蓄積時間(一般的にはゲイン)を短めに初期設定する。すなわち、撮像素子26のゲインを最適に初期設定し、以後、オートゲインコントロールする。
一方、微小駆動が極大点をはずれていると判定された場合、CPU44は、微小駆動の結果からコントラストの増加する方向(上または下)を決定した後、ステップS5に動作を移行する。
そこで、CPU44は、この軸上色収差の分だけ、ステップS4で求めた照明光像の合焦位置を変位させ、蛍光像の合焦位置にステージ38を位置させる。
なお、ここでの変位は、ステージ38の微動により実現してもよいし、光学系の位置移動や、光学的距離を変化させる光学素子を光路に挿抜することにより実現してもよい。
一方、それ以外の場合、CPU44は、蛍光観察を継続するため、ステップS9に動作を戻す。
ここで、現時点のコントラストが記憶コントラストとほぼ等しい場合、ピント変動は無視できるレベルと判断して、CPU44はステップS8に動作を戻す。
一方、現時点のコントラストが記憶コントラストよりも明らかに低い場合、ピント変動が生じたと判断して、CPU44はステップS3に動作を戻し、焦点制御を再び実行する。
また、現時点のコントラストが記憶コントラストよりも明らかに高い場合、標本の変化が生じたと判断して、CPU44はステップS3に動作を戻し、焦点制御を念のために実施する。
図4は、タイムラプスモードのタイミングチャートである。
タイムラプスモードは、蛍光顕微鏡11が、予め定められたタイムスケジュールに従って、間欠的に蛍光像を撮影記録する動作モードである。
このタイムラプスモードでは、蛍光像の撮影コマの時間間隔が一般に長くなるため、その間にピント変動が生じやすくなる。
そこで、蛍光像の撮影に先立って、照明光照射および焦点制御を毎回実施する。その結果、合焦直後に励起光照射を短時間のみ行って、合焦した蛍光像を毎回撮影することが可能になる。
以上説明したように、本実施形態では、単一の撮像素子26を使用して、照明光像による焦点制御と、蛍光像の撮像動作とを時分割に実施する。したがって、従来技術とは異なり、焦点制御用の撮像素子と、蛍光像用の撮像素子とを別々に設ける必要がない。
12 励起光源
13 コレクタレンズ
14 シャッタ
15 励起フィルタ
16 ダイクロイックミラー
17 対物レンズ
18 標本
19 吸収フィルタ
20 結像レンズ
21 光路分割プリズム
22 接眼レンズ
23 アナライザ
26 撮像素子
30 光源
31 コレクタレンズ
32 シャッタ
33 全反射ミラー
34 バンドパスフィルタ
35 ポラライザ
36 ウォラストンプリズム
37 コンデンサレンズ
38 ステージ
41 信号処理回路
42 画像メモリ
43 評価関数演算器
44 CPU
45 画像表示回路
46 照明駆動回路
47 ステージ駆動機構
49 コントローラ
Claims (6)
- 標本に向けて配置される対物レンズと、
励起光を前記標本に照射し、前記標本から蛍光を発生させる励起光照射部と、
前記標本に照明光を照射する照明部と、
前記励起光照射部および前記照明部を時分割に駆動する制御部と、
前記対物レンズの像空間側に撮像面を配置し、前記撮像面に時分割に形成される前記蛍光による標本像(蛍光像)および前記照明光による標本像(照明光像)を撮像する撮像部と、
前記撮像部から前記照明光像の撮像結果を取得して合焦評価を行い、前記照明光像の合焦評価に従って前記対物レンズおよび前記標本の少なくとも一方を駆動することにより、前記蛍光像を前記撮像面に合焦させる焦点制御部と
を備えたことを特徴とする蛍光顕微鏡。 - 請求項1に記載の蛍光顕微鏡において、
前記励起光照射部は、前記励起光を前記対物レンズを介して前記標本に落射照明して、前記標本から前記対物レンズへ向かう前記蛍光を発生させ、
前記照明部は、前記対物レンズと対向する側から前記標本に照明光を背面照射し、前記標本を透過して前記対物レンズへ向かう透過光を発生させる
ことを特徴とする蛍光顕微鏡。 - 請求項1または請求項2に記載の蛍光顕微鏡において、
前記照明光は、前記励起光よりも生体標本を傷める度合いの少ない安全な波長に設定され、
前記撮像部は、前記蛍光および前記照明光の二種類の波長に感度を有する
ことを特徴とする蛍光顕微鏡。 - 請求項1ないし請求項3に記載の蛍光顕微鏡において、
前記制御部は、前記蛍光像の観察期間中に、前記照明光の一時的な照射を間欠的に繰り返し、
前記焦点制御部は、照明光の照射によって断続的に得られる前記照明光像の撮像結果を用いて焦点制御を継続することにより、観察期間における前記蛍光像のピントズレを防止する
ことを特徴とする蛍光顕微鏡。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の蛍光顕微鏡において、
前記制御部から前記励起光および/または前記照明光の照射タイミングを取得し、前記照射タイミングにより前記撮像部の出力を前記蛍光像と前記照明光像とで区別し、前記蛍光像の撮像結果を選択出力する画像出力部を備えた
ことを特徴とする蛍光顕微鏡。 - 請求項1に記載の蛍光顕微鏡において、
前記焦点制御部は、前記撮像部のゲインを調整し、前記励起光照射部による照射時と前記照明部による照射時とにおいて、それぞれ最適な前記ゲインを初期設定する
ことを特徴とする蛍光顕微鏡。
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